先有雞還是先有蛋？這個古老謎題一直困擾著人類。中國科學家發現了6.1億年前的「籠脊球」化石，為這個問題提供了一個新的解題思路。記者/李鵬 編輯/劉昭
採訪專家：
殷宗軍（中國科學院南京地質古生物研究所副研究員）
姜 韜（中國科學院遺傳與發育研究所生物學研究中心高級工程師）
先有雞，還是先有蛋？這是一個婦孺皆知的古老謎題。但至今沒有人得到明確的答案。在很多時候，它會被上升為有關宇宙與生命起源的棘手哲學問題。
2019年11月27日，中國科學院南京地質古生物研究所研究人員在線發表在《細胞》子刊《當代生物學》上的一項研究成果為解決「先有蛋，後有雞」提供了一種新的邏輯，只不過此處的「蛋」並不是普通的蛋，雞也不是狹義的雞。
▲籠脊球化石，a和b是裸露的標本，囊包已丟失，c和d是保存了囊包的標本，e和f是a和b的局部放大，顯示細胞結構細節（供圖：中國科學院南京地質古生物研究所)
甕安古生物群最新發現的秘密
長期以來，「先有雞還是先有蛋」是生命演化過程中十分複雜的問題。恐龍中的一支向鳥類演化的論斷，將這個問題演變成了「先有恐龍還是先有蛋」，使這個問題看起來更加無解。
於是，一些研究人員就開始在更為久遠的追溯中尋找答案。中國科學院南京地質古生物研究所的副研究員殷宗軍和研究員朱茂炎等人就抓住了這樣的機會。
他們與英國布里斯託大學、瑞典自然歷史博物館以及瑞士光源的同行合作，在我國貴州甕安生物群——一個距今6.1億年的特異埋藏化石庫中找到了一類名叫「籠脊球」的化石。通過對這種生物形態的研究觀察，他們還原了原始「胚胎髮育」的過程。
他們認為，如果把動物比作一隻雞，那麼這類化石就相當於記錄了這一時期「蛋生雞」的過程。也就是說，對「先有雞還是先有蛋」，這些研究者給出了先有蛋的一些重要線索。
在該項研究成果中，殷宗軍對他們的發現進行了十分詳細的描述。籠脊球整體呈球形，直徑不到1毫米，令人十分驚喜的是其保存了精美的多細胞結構。
研究人員採用最先進的超高解析度同步輻射三維無損成像技術，像醫生給患者做CT掃描一樣，重構了數百個籠脊球標本的立體結構。結果發現它們在一個充滿母源營養物質的厚壁囊包中發育，並且不同標本代表了不同的發育階段。
研究發現，重建的發育序列顯示其發育過程非常類似於動物的單細胞近親(比如中生黏菌蟲)，但比動物的單細胞近親更為複雜的是，它們在胚胎髮育過程中出現了有規律的細胞遷移和重組，這些細胞行為和動物原腸胚的細胞遷移重組行為非常類似，表明動物胚胎特有的發育機制在動物化石記錄大量出現之前至少四千多萬年就已經準備好了。
記錄了動物從單細胞祖先向多細胞祖先演化的關鍵一步
在生命的演化史上，多細胞動物的出現是最為壯麗的事件之一，其讓更複雜的動物個體出現成為可能，最終演化成我們今天這個異常龐雜和五彩繽紛的世界。
研究發現，現代動物界包括三十多個動物門類，它們擁有一個距今大約七億多年的共同祖先，其由多細胞組成，而且細胞有功能分化，它是由更古老的單細胞祖先演化而來。
然而，動物單細胞祖先是何時以及如何演化成多細胞祖先的呢?這個問題一直沒有確鑿的答案，也一直是科學界懸而未決的重大問題。儘管不同的科學家提出了不同的假說，但至今都還沒有確切的結論。
殷宗軍表示，籠脊球化石的出現提供了進一步認識單細胞動物向多細胞動物演化的可能。因為籠脊球顯現出來的複雜的胚胎髮育過程連接了動物的單細胞祖先和動物多細胞祖先之間的鴻溝，這也表明孵化出動物這隻小雞的蛋在6.1億年前就已經出現了。
換言之，籠脊球化石記錄了動物從單細胞祖先向多細胞祖先演化的關鍵一步，這一步為真正有細胞和組織分化的動物的出現奠定了生物學基礎。
▲籠脊球的生活周期（供圖：中國科學院南京地質古生物研究所）
脊籠球有可能是轉換的中間狀態
殷宗軍團隊留下的問題是，其所發現的籠脊球在動物從單細胞祖先向多細胞祖先演化的過程中究竟扮演著什麼樣的角色?是它們充當蛋的作用演化出了多細胞動物?還是它們就是演化出來的最早的多細胞動物?亦或它們是多細胞動物出現以後再演化的階段?
「這裡有幾種可能。它有可能還是單細胞動物，就像多細胞動物祖先的單細胞近親一樣；也有可能是其單細胞祖先向多細胞祖先的過渡，單細胞祖先向多細胞祖先過度的類群有一個專業的名詞叫做干群動物，這是現今所有多細胞動物出現之前的一類多細胞生命，跟多細胞動物的親緣關係最近，但是它們已經滅絕了；還有一種可能是當時已經由單細胞動物發展到了多細胞動物，並演化出了籠脊球，但是這還需要更多的證據。現在我們已經知道最早的多細胞是海綿動物，籠脊球有沒有可能是海綿動物之前更為原始的動物？這是個非常值得探討的問題。事實上，我們的發現和研究並沒有解決單細胞動物向多細胞動物演化的問題。」殷宗軍說。
不過，他們的研究發現倒是對不久以前的一項新研究提供了有力的支撐。
2019年6月13日，來自澳大利亞昆士蘭大學生物科學學院的Bernard M. Degnan和Sandie M. Degnan教授課題組在《自然》雜誌在線發表的研究長文表明，單細胞生物演化為多細胞生物可能是一條全新的途徑，他們通過對古老的多細胞動物海綿進行研究，驗證了多細胞生物起源的假說，即單細胞祖先在進化中發展出了單一細胞轉換為多類型多狀態細胞機制，使得細胞具有類似於現代細胞轉分化（指一種類型的分化細胞轉變成另一種類型的分化細胞的現象）和幹細胞分化多能性的功能，從而使單一細胞轉換為多類型多狀態細胞，這些細胞集聚最終進化成多細胞生物。
殷宗軍認為，如果這種起源說確實成立，他們的研究發現則是提供了更為充分有力的證據，籠脊球化石極有可能就是這種轉換的中間狀態。但是他也表示，單細胞動物向多細胞動物演化的問題十分複雜，接下來他們還需要進行更多的研究工作。
（圖片來源：《當代生物學》）
解題關鍵是如何定義「雞」
儘管殷宗軍他們並沒有直接研究蛋和雞的問題，但是他們的研究成果卻為先有雞還是先有蛋提供了一種邏輯。
殷宗軍認為，在生命演化的過程中，一個新物種的出現核心是演化成這個物種的祖先出現了變異，很多時候正是變異體的成功繁殖導致了新物種的出現，儘管其在時間上是個漫長的過程。如果將變異體理解為蛋，則是有蛋才有雞。
譬如現在的研究已經表明，包括雞在內的鳥類由恐龍中的一支演化而來，是恐龍蛋的不斷變異演化導致了鳥的出現。從這個角度而言肯定是先有蛋後有雞。
英國諾丁漢大學教授、進化基因專家約翰•布魯克菲爾德認為，在世界上第一隻雞出現後，在它之前也必定需要並有一顆能夠孵出它來的蛋。這與殷宗軍的觀點一致。
如果根據生物進化的過程追根尋祖，鳥類是由細胞→簡單生命→低等動物→高等動物→高級卵生動物再到鳥類，這樣還是先有蛋才有雞。
蛋屬於卵細胞，這個問題又演變成了先有某類物種還是先有其卵細胞的問題。約翰•布魯克菲爾德認為，卵中的生物體與其後來長成的生物體應有相同的DNA，因此屬於這一物種的第一個生物就是它的卵，按照這種邏輯還是先有蛋後有雞。
是先有雞還是先有蛋，關鍵就在雞如何進行定義，如何確定蛋的範疇。如果我們將恐龍向鳥演化的某個時間點生物個體定義為雞，其所下的就是雞蛋，自然而然是先有雞後有蛋，而孵出這隻雞的蛋則不屬於雞蛋的範疇了。
但是在先有雞還是先有蛋的命題中，往往思考並不是這樣簡單，其背後反映的是物種發展與演化的邏輯。
中科院遺傳與發育研究所生物學研究中心高級工程師姜韜認為，根據現在被主流科學界所接受的生命起源的化學進化理論，在地球上最早出現的是生命自身的代謝活動，而後才是遺傳，從這個角度而言是先有雞後有蛋。而如果你定義了雞，擁有相同遺傳性DNA的蛋就到前面了。如此看來，這真是一個哲學問題了。
▲羊膜卵結構（圖片來源：science.kennesaw.edu）
「先有雞還是先有蛋」的研究並非沒有意義
也有科學家在按照另外的邏輯進行研究。
英國華威大學的馬克·羅傑教授與大衛教授在進行試驗研究時發現，形成雞蛋硬殼的關鍵是一種叫做「OC-17」的雞肉蛋白，這種蛋白的存在貫徹了整個蛋殼的形成過程並起到了催化的作用，其將碳酸鈣轉換為構成蛋殼的方解石晶體，沒有「OC-17」蛋白，雞蛋的外表就無法結晶形成蛋殼。
儘管方解石晶體存在於許多骨骼和蛋殼內，但母雞形成方解石晶體的速度比任何物種都快——每24小時生成6克蛋殼。研究人員們認為，只有有了蛋殼，蛋黃和保護小雞的液體才有地方住，但是要是沒有雞卵巢里的「OC-17」蛋白，就不可能有雞蛋。
這使得他們傾向認為在「先有雞還是先有蛋」的問題里首先存在的是雞，或者確切的說是「OC-17」這種雞肉蛋白。
不過，有生物學家進一步指出了馬克·羅傑團隊在研究中的瑕疵，「OC-17」蛋白只是OC蛋白家族中的一員，其他的鳥類會使用與OC-17不同的蛋白質來製造鳥蛋，而且OC蛋白的演變並不能夠與鳥蛋的演變相吻合。因為研究發現OC蛋白在鳥類分支從爬行動物分離之前便開始參與製造動物的蛋。
這樣先有雞還是先有蛋的問題就演變成了先有爬行動物還是先有蛋的問題。
其實馬克·羅傑也對自己的研究依舊充滿了狐疑，「這個發現難道就能證明先有雞再有蛋嗎?」在報告中的附加引述中，他們也提出了這樣的疑問。
殷宗軍認為，不管是蛋還是雞，都是生命在漫長演化過程中的不同歷程而已，沒有必要在這個問題上鑽死胡同，他和研究團隊得出先有蛋的結論也只是一種形象的說法而已。
不過你也不要覺得，「先有雞還是先有蛋」的研究完全是沒有意義的，這些年來圍繞這一問題的研究已經有了越來越多的科學發現。譬如馬克·羅傑的研究，使得學界對高效快速的結晶方法有了新的見解，他們的這項研究也能夠在骨頭的形成，以及二氧化碳是如何被貯存在石灰石里等問題上提供幫助。
本文來自：北京科技報
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